[发明专利]一种基于索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法

说明书

本发明公开了一种基于索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法，包括区块索引和层次索引结构生成步骤、全节点进行数据可验证查询步骤、全节点进行辅助可验证查询步骤和轻客户端进行可验证查询步骤。为支持有效地访问区块数据和可验证查询处理过程，本发明提出了一种支持可验证查询的层次索引结构，并提出基于该索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法。本发明克服了现有技术下全节点扫描区块效率低，全节点与轻客户端通信开销大的缺陷，以及解决了在不可信的区块链网络中数据查询验证困难的问题，实现了轻客户端的可信数据查询验证。

技术领域

本发明属于区块链数据库技术领域，尤其涉及基于索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法。

背景技术

全节点是拥有完整区块链账本的节点，负责验证以及转发网络上的交易和区块。由于无需信任的环境(开放的网络)以及区块链本身的性质，每个全节点都需要下载并验证所有的区块，因此所有区块中的所有交易信息都需要经过全节点的验证。然后，下载并验证所有区块信息会消耗大量的时间和资源。例如，完全同步以太坊区块链至少需要SSD(固态硬盘)，因为HDD(机械硬盘)跟不上每秒的输入输出需求。轻客户端或者轻节点是一种连接全节点以实现与区块链的交互的软件，与全节点不同的是，轻客户端不需要不停的运行，也不需要向区块链中读取写入大量的信息，如用户所使用的手持设备，轻客户端通常只存储了区块头。实际上，轻客户端不需要直接与区块链交互，它们使用全节点作为中介，依赖全节点来实现许多操作。为了执行查询，轻客户端就需要查询存储了所有区块数据的不可信的节点。然而，这种查询下的结果可能并不正确，因此轻客户端就必须能够验证查询结果。

为了处理这种情况，比特币使用Merkle哈希树(MHT)提出了简单支付验证(SPV)，SPV支持轻客户端的交易验证，可以确定某个特定的交易是否在区块中，SPV节点只需下载区块头，而不用下载包含在每个区块中的交易信息。如果通过扫描所有的区块来查询数据，则重建被访问区块的MB-tree根可以方便地验证数据的正确性。但是，扫描的方法效率太低，例如，对于范围查询，所有的区块都要返回给轻客户端，以保证查询结果的完整性和完备性。而且，若一次范围查询涉及到的区块数量较多，则会造成很大的通信开销，导致查询效率低下，同时目前已有的区块链系统并不能实现丰富的可验证查询。所以为了支持区块链中的可验证索引，验证索引结构的提出是非常有必要的。以太坊提出了Merkle PatriciaTree(MPT)，其中每个区块都存储了一个可验证结构的快照。然而，树是非常大的，因为树中的每一个节点的变化都被记录下来了。而且，MPT仅支持账户状态的可验证查询。因此，有必要基于验证结构重新实现各种可验证查询。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术下全节点扫描区块效率低，全节点与轻客户端通信开销大的缺陷，以及解决在不可信的区块链网络中数据查询验证困难的问题，提出了一种基于索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于索引的面向区块链轻客户端的范围查询可验证查询方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤S1：区块索引和层次索引结构生成

此步骤在关键字区块时间戳上构造一个区块层B+-tree索引结构，获取给定查询时间范围内包含有查询交易类型的区块范围；并对不同交易类型构造位图索引并对每一个区块在关键字交易id上构造Merkle B-tree(MB-tree)索引，构造出一个由位图索引和MB-tree索引组成的层次索引结构；具体包括：

步骤A1：全节点在关键字区块时间戳上构造一个区块层B+-tree索引结构，用来获取给定查询时间范围内的区块id；